船舶轴承负荷测试的新技术.docx
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1、作业题目:船舶轴承负荷测试的新技术课程名称:现代舰船轮机工程作业成绩:授课教师:船舶轴承负荷测试的新技术0 绪论船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,是唯一的传递主机动力,使船舶正常航行的组装部件。船舶推进轴系在运转中承受着复杂的应力和负荷。为确保轴系长期安全正常地运转,除在轴系设计时应保证具有足够的强度及刚度外,轴系应保持在合理的状态下,保证轴系在各轴段内的应力及载荷在合理范围之内,即要进行轴系合理校中。 轴系合理校中,是指按校中计算的要求和方法,将轴系安装成某种状态(直线或曲线),使各轴段内的应力和各轴承上的负荷均处在允许范围之内,或具有最佳的数值,以保证轴系及与之相连接的机械(如主机
2、曲轴、齿轮箱等)能持续正常地运转。图1表示的是某一船舶轴系校中模型。图1 轴系校中模型由于各轴承间距不等、外力作用不同和轴承长度不等,作用在轴承上的负荷不同。大型船舶的螺旋桨质量很大,对轴承(特别是尾轴承)影响大,会出现很不合理的负荷分配,造成个别轴承负荷过重,即超过轴承许用压比,严重时造成烧瓦事故发动机最严重的机械故障。烧瓦会影响轴承的正常工作,进一步导致船舶轴系不能正常运转,从而无法保证船舶的正常航行。为了改善这种情况,一般采取两种措施:其一,调正轴承间距,重新布置轴承位置;其二,当第一种方法调正无效时,可以调整轴承高度,使轴线变成曲线安装,以改善轴承负荷,这就是合理校中设计的内容。轴系校
3、中的质量目标,主要有轴承负荷的合理分配、轴在轴承处的转角、主机输出端的弯矩和剪力等; 其中比较容易测量的是轴承的负荷,如果各轴承的负荷满足计算要求,那么其他指标基本上也就满足了。因此,船舶轴系中轴承负荷的测试尤为重要。现在最常用的船舶轴承负荷测试的方法有两种:千斤顶顶举法和电阻应变片测量法。1 顶举法测量船舶轴承负荷1.1 千斤顶顶举法测量原理图2为千斤顶顶举法示意图,船舶轴系一般安装成直线状态,由于轴系自重作用以及轴上的垂向载荷,在轴承的支撑作用下,轴有向下的位移。采用千斤顶顶举法测量轴承负荷,就是在轴系的某一位置J1放置液压千斤顶,将轴逐渐顶起,使被测轴承与轴颈完全脱开,轴的位移逐渐减小为
4、零。此时千斤顶代替了轴承的作用,千斤顶的负荷即为被测轴承受到的载荷。图2 千斤顶顶举法示意图通过千斤顶顶举法试验,绘制图3所示的顶举曲线,纵坐标为轴的位移量,横坐标为千斤顶负荷。分别记录千斤顶加载和卸载过程中轴的位移和千斤顶的负荷,再绘制顶举曲线,从而求出轴位移为零时对应的千斤顶负荷,就是被测轴承所承受的负荷。图3 顶举曲线由于滞后的影响造成顶举过程中所测出的上升曲线与下降曲线不重合,因此在确定千斤顶负荷时,应该取其平均值。所以千斤顶代替被测轴承(且轴的位移为零时)的负荷R0可以按照公式1-1计算。 R0=( A+B ) /2 (式1-1)1.2 顶举法的试验仪器和操作过程图4表示的是顶举法的
5、操作示意图,千斤顶布置在靠近轴承的轴下方,千斤顶和轴之间的压力传感器用来测量千斤顶的负荷,测量轴位移的千分表布置在轴上同一截面的上方,通过给千斤顶加载和卸载,观察和记录压力传感器和千分表的示数,根据记录数据绘制顶举曲线。图4 顶举法操作示意图图5所示的是两种不同的压力传感器,用来测量千斤顶负荷,图6所示的为数显千分表,是一种位移传感器,用来测量轴的位移。图5 压力传感器图6 数显千分表(位移传感器)图7表示的是顶举法的实际操作图,压力传感器布置在千斤顶和轴之间,操作时要注意千斤顶顶举支点、千分表杆的触点必须在同一轴颈截面上的最低点与最高点的上下对称中心点上,千分表支架应该单独装在不受中间轴及千
6、斤顶影响的位置。图7 顶举法的实际操作图采用顶举法检验时,应对被测轴承逐个进行,检测设备应正确安装并准确调零。在升压与降压过程中,应记录千斤顶压力和千分表的稳定读数,并绘制顶举曲线图。注意不应在千斤顶上升过程中降压,也不能在下降过程中升压。被测轴承实际负荷为(AB)/2。如果(BA)0.4(AB)/2,则说明测量的数据不理想,建议重测。顶举法的优点:顶举法测量轴承负荷设备简单,操作方便,可以结合压力传感器进行测量,提高测量结果的准确性,已在国内外各修造船厂被广泛应用。顶举法缺点:顶举法测量时液压千斤顶应该布置在轴承附近,而一些船舶的尾轴承可能会封装在尾轴管区域内,导致在实际轴承负荷测量中,计算
7、书中要求的千斤顶安装位置有时并不适合安放千斤顶。而通过移动千斤顶来测量轴承负荷,造成顶举系数的错误使用,不能得出准确的轴承负荷值。此外,在千斤顶顶举法测量轴承负荷中存在各种影响因素,测量精度有限。2 电阻应变片法测量船舶轴承负荷2.1 电阻应变片法测量原理借助电阻应变片及应变仪测量出被测点的应变,如图8中的C截面处,根据测量得到的应变值和公式求出被测点的应力,再根据公式求出被测点的弯矩,然后按连续梁的性质计算出轴系有关截面上的弯矩,最后按梁的力学平衡条件计算出轴承实际负荷。图8 尾轴轴系示意图(单支点) 电阻应变片的连接方式为二片半桥法,一组应变片(两个)分别布置在轴的同一截面的两端,如图9所
8、示,一般在同一段轴的三个截面处分别布置三组应变片。图9 二片半桥法在进行单支承轴系校中计算时,一般支点位置取在(1/ 71/ 3) L 处,如何精确地确定支点位置,目前仍未形成统一的结论,近似的计算不能真实地反映尾轴承实际受力情况。此外,在轴系投入运转后,尾轴承支点位置是处于不断的变化之中。由此可以看出,准确计算出后尾轴承的支点位置非常重要,而利用电阻应变片法可以计算出后尾轴承的支点位置,具体原理如下。图8和图10分别为尾轴的轴系示意图和受力图,图8中假定支点O点与轴承端点A点之间的距离为待求量,图10中q1q6表示的是距离,具体如下:图10 尾轴受力图(单支点) 计算思想:利用两种方法分别表
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